若隱若現(xiàn)的丁基

王永森

摘要：從丁基的種類和結(jié)構(gòu)入手，結(jié)合例題分別介紹了丁基的種類、對稱性、碳鏈插入其他基團(tuán)以及丁基碳鏈為母體的有機(jī)物及其轉(zhuǎn)化關(guān)系在高中化學(xué)試題中的呈現(xiàn)方式，揭示了丁基作為同分異構(gòu)體、有機(jī)合成（推斷）素材的重要性、變化的多樣性及隱蔽性。

關(guān)鍵詞：丁基；同分異構(gòu)體；試題分析

文章編號：1005–6629（2016）10–0082–05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

有機(jī)化合物具有非常豐富的同分異構(gòu)現(xiàn)象，概括如圖1所示[1]：

碳鏈異構(gòu)、位置異構(gòu)、官能團(tuán)異構(gòu)和順反異構(gòu)（鑒于中學(xué)的實(shí)際要求，如未標(biāo)注，均不考慮對映異構(gòu)和構(gòu)象異構(gòu)）錯(cuò)綜復(fù)雜地交織在一起，使判斷和正確書寫有機(jī)化合物的同分異構(gòu)體成為學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的瓶頸。本文試從丁基的角度探析相關(guān)同分異構(gòu)體的判斷、書寫和有機(jī)物的推斷，通過例題以及變式題的訓(xùn)練和解析，從而達(dá)到舉一反三，融會(huì)貫通的效果。

1 新課程中的丁基

丁基是正丁烷和異丁烷分別失去一個(gè)不同位置的H原子而生成，人教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》[2]中對上述丁基以“知識支持”的方式進(jìn)行了介紹。筆者認(rèn)為，對于高中而言，不僅對其本身了然于胸，還要在一定的要求下進(jìn)行各種深層次的變換。丁基的變化與異構(gòu)類型的關(guān)系分析如圖2所示，其呈現(xiàn)形式變化多樣，且十分隱蔽[3]，不易識別，即便能夠識破意圖，成功地解決問題也絕非易事！

2 丁基的呈現(xiàn)方式

2.1 丁基的種類

2.1.1 直接呈現(xiàn)丁基的種類

解析：苯環(huán)與三個(gè)取代基直接相連，可采取定二移三的方式：分別將-OH、-CH3固定在鄰、間、對位，移動(dòng)-COOR分別獲得4種、4種和2種同分異構(gòu)體，如圖3所示。又因-R為丁基，同分異構(gòu)體有（4+4+2）×4=40種。

對于上述單苯環(huán)上的2～3個(gè)取代基種類問題，先解決苯環(huán)上的取代基位置異構(gòu)問題，再考慮碳鏈異構(gòu)問題。變式1屬苯環(huán)上3個(gè)取代基均不同，此外還有3個(gè)取代基均相同（見圖4）、2個(gè)取代基相同的情形（見圖5）[4]。

a. 1mol該化合物能與2mol NaHCO3反應(yīng)

b.苯環(huán)上只有兩個(gè)取代基，且相同

c.苯環(huán)上的一氯取代物有三種

a.屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有五個(gè)取代基

b.核磁共振氫譜有四種類型氫原子的吸收峰

c. 1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH

d.能發(fā)生銀鏡反應(yīng)

解析：此有機(jī)物的分子式為C15H22O3，Ω=5，除苯環(huán)外還應(yīng)有-CHO；為了減少等效氫的種類，將其放在對稱軸上；考慮到1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH，將2個(gè)O設(shè)計(jì)成2個(gè)-OH并對稱放置在兩側(cè)，取代苯環(huán)上的氫而不增加等效氫的種類；剩下8個(gè)C平均拆分（即形成丁基）在對稱軸兩側(cè)，要做到取代苯環(huán)上的氫而不增加等效氫的種類唯有叔丁基，如圖8；將-CHO在對稱軸上變換位置，得到另一種，如圖9。

此類問題屬限定條件書寫同分異構(gòu)體，其思維模式如圖10。結(jié)構(gòu)信息與位置信息是相輔相成的，拆分環(huán)節(jié)需在二者不斷磨合匹配的基礎(chǔ)上再融入性質(zhì)信息方可完成。

變式3：若將“a.屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有五個(gè)取代基”的條件改為“a.屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有六個(gè)取代基”，其他條件不變，寫出一種符合該條件的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡式 。

解析：“屬于芳香族化合物且苯環(huán)上有六個(gè)取代基”系結(jié)構(gòu)信息，考慮到按性質(zhì)信息“1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH、能發(fā)生銀鏡反應(yīng)”，可拆分成酚的甲酸酯；“核磁共振氫譜有四種類型氫原子的吸收峰”既是結(jié)構(gòu)信息，也是位置信息；為了減少等效氫的種類，將甲酰氧基與另一O都放置到對稱軸上；此時(shí)，剩余8個(gè)C，如果平均拆分以-C2H5放置在左右對稱的a、a’、b、b’位，等效氫增至6種，不僅與“四種類型氫原子”矛盾，多出的酚-OH還與性質(zhì)信息“1mol該物質(zhì)最多可消耗2mol NaOH”相悖，如圖11。

根據(jù)同一甲基上的H等效，連接在同一碳原子上-CH3的H也等效，為了安置出更多的C且與“四種類型氫原子”匹配，只能將剩余的8個(gè)C先拆分出4個(gè)-CH3接入a、a’、b、b’處（取代苯環(huán)上的氫而不增加等效氫的種類），另4個(gè)C要安排c處O上又不增加等效H的種類，非叔丁基莫屬！至此，撥云見日，-C（CH3）3露出真容，如圖12。

解析：此有機(jī)物的分子式為C5H8O2，含有碳碳雙鍵和酯基；要滿足能發(fā)生銀鏡反應(yīng)且含有酯基，可將酯基設(shè)計(jì)成甲酰氧基（-OOCH），剩余的4個(gè)C即為丁基的碳鏈，在原有碳碳單鍵上再添加一條鍵形成雙鍵，并判斷順反異構(gòu)即可確定同分異構(gòu)體種類。如圖13所示，標(biāo)記為“1”的位置只形成雙鍵而無順反異構(gòu)；標(biāo)記為“2”的位置不僅形成雙鍵且存在順反異構(gòu)；叔丁基的中心碳原子已滿足碳四價(jià)，無法形成雙鍵，滿足題目條件的同分異構(gòu)體的總數(shù)目為11種。思維順序：官能團(tuán)異構(gòu)→碳鏈異構(gòu)→位置異構(gòu)→順反異構(gòu)。

解析：此題要求與已知有機(jī)物具有相同的官能團(tuán)，只能含有1個(gè)-CHO和1個(gè)C=CH2就已經(jīng)滿足了不飽和度的要求；除此之外，剩余的4個(gè)C設(shè)計(jì)成丁基的碳鏈，將C=CH2插入相應(yīng)的碳碳鍵和碳?xì)滏I之間即可。如圖14，a中無2個(gè)-CH3，舍；b中因考慮不能破壞甲基，有6處可插入；c中因2個(gè)-CH3局部對稱，只考慮其一，有5處可插入；d中含3個(gè)-CH3，且完全對稱，可破壞其一而插入碳?xì)滏I之間，剩余2個(gè)-CH3，均不能插入。滿足條件的數(shù)目為12種。

利用基團(tuán)插入法時(shí)，首先，根據(jù)分子組成、結(jié)合限定條件，抽出一個(gè)二價(jià)基團(tuán)（如酯基、氧原子、羰基、亞甲基和亞氨基等）作為插入基團(tuán)；其次，寫出剩余部分形成碳骨架的可能結(jié)構(gòu)；最后，將插入基團(tuán)插入到碳骨架的相應(yīng)位置，就可以確定同分異構(gòu)體的數(shù)目。該法只需考慮骨架的碳鏈異構(gòu)、苯環(huán)上基團(tuán)的位置異構(gòu)，而不需考慮官能團(tuán)的類別異構(gòu)，一定程度上降低了解題難度[5]。

2.4 以丁基碳鏈為母體的有機(jī)物及其轉(zhuǎn)化關(guān)系

例6 （2013吉林省長春市第二次調(diào)研）A、B、C、D、E、F、G都是鏈狀有機(jī)物，它們的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖15所示。A只含一種官能團(tuán)，D的相對分子質(zhì)量與E相差42，D的核磁共振氫譜圖上有3組峰，且峰面積之比為1：3：6。已知：Mr（R-Cl）-Mr（ROH）= 18.5，Mr（RCH2OH）-Mr（RCHO）=2，Mr表示相對分子質(zhì)量。（問題略）

目標(biāo)分子中的碳鏈有8個(gè)C，似正丁基和仲丁基接在一起，但-OH的位置使切斷、關(guān)聯(lián)易得原料相當(dāng)困難。結(jié)合羥醛縮合的特點(diǎn)，產(chǎn)物為α，β-不飽和的醛或酮，將-CH2OH進(jìn)行官能團(tuán)轉(zhuǎn)換為-CHO，同時(shí)在α、β位（有兩處，選擇利于切斷成2個(gè)丁基處）補(bǔ)上雙鍵。α、β間的雙鍵是由β位羥基脫水而成，β位羥基又由兩分子的羥醛縮合獲得。再施以同樣操作，逆推為易得原料乙烯。

合成：

丁基為有機(jī)化學(xué)中的重要烴基，不僅在同分異構(gòu)體的書寫及判斷中使用較廣，在有機(jī)合成及

3 結(jié)語

綜上，丁基變換多樣，又常與其他知識交叉，受到各方關(guān)注不足為奇。對于學(xué)生而言，要根據(jù)一定的問題情境，選擇適當(dāng)?shù)姆椒?，有序地按不同的異?gòu)層次思考問題，柳暗花明的一刻也許近在咫尺！

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修5）教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2011：12.

[2]曹居?xùn)|，王磊，尹冬冬.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修）[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007：10.

[3]連麗華.例談丁基的隱蔽性[J].山西教育·教學(xué)，2010，（3）：20.

[4]徐俊龍，吳文中.系統(tǒng)分析法判定苯環(huán)上多元取代物的同分異構(gòu)體[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（11）：86.

[5]白建娥.高三復(fù)習(xí)課“限定條件下同分異構(gòu)體的書寫”教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施[J].化學(xué)教育，2011，（12）：43.